本書以先進計算機仿真軟件MATLAB/Simulink在自動控制中的應用為編寫宗旨，結合日常的教學和科研工作進行編撰。內容包括兩大部分：第一部分介紹MATLAB用于控制系統計算及仿真的有關知識；第二部分內容涵蓋經典控制理論和現代控制理論的系統仿真。全書共分9章，包括：系統仿真的基本概念、MATLAB/Simulink的基本內容及使用方法、控制系統的數學模型及其轉換、控制系統根軌跡、時域和頻域的分析與校正、控制系統狀態空間的分析與設計和控制系統的聯合仿真。每個章節先對與自動控制有關的基本概念進行簡要介紹，然后介紹MATLAB相關函數，并從實用的角度出發，通過大量典型樣例，對MATLAB/Simulink的功能、操作及其在自動控制中的應用進行詳細論述。大部分內容和例子，已在本科生有關控制理論與控制工程的教學實踐中做過實驗和驗證。
本書大部分內容和實例在教學實踐中做過實驗和驗證。
王敏，西北工業大學明德學院機電系專職老師，主講MATLAB在控制系統仿真中的應用、現代控制理論和自動控制原理等幾門課程，參與“基于Gabor小波的多尺度空間理論車牌號識別研究”并負責建立模型，對控制系統的MATLAB仿真具有豐富的實踐經驗。
第1章 概述
1.1 控制系統的研究方法
1.1.1 控制理論的發展
1.1.2 經典控制理論
1.1.3 現代控制理論
1.2 控制系統仿真的基本概念
1.2.1 控制系統的實驗方法
1.2.2 模型的建立及分類
1.2.3 仿真實驗的分類
1.2.4 數字仿真
1.3 控制系統仿真軟件及過程
1.3.1 仿真軟件
1.3.2 MATLAB仿真的優越性
1.3.3 仿真過程
1.4 仿真技術的應用及發展
第1章 概述
1.1 控制系統的研究方法
1.1.1 控制理論的發展
1.1.2 經典控制理論
1.1.3 現代控制理論
1.2 控制系統仿真的基本概念
1.2.1 控制系統的實驗方法
1.2.2 模型的建立及分類
1.2.3 仿真實驗的分類
1.2.4 數字仿真
1.3 控制系統仿真軟件及過程
1.3.1 仿真軟件
1.3.2 MATLAB仿真的優越性
1.3.3 仿真過程
1.4 仿真技術的應用及發展
1.4.1 仿真技術在工程中的應用
1.4.2 應用仿真技術的意義
1.4.3 仿真技術的發展趨勢
小結
習題
第2章 MATLAB基礎知識
2.1 MATLAB數據結構
2.1.1 數值型和邏輯型數據
2.1.2 字符和字符串型數據
2.1.3 結構體型數據
2.2 MATLAB基本控制流程
2.2.1 順序結構
2.2.2 選擇結構
2.2.3 循環結構
2.2.4 分支語句與其他流程控制語句
2.3 MATLAB的M函數設計
2.3.1 M函數的基本結構
2.3.2 M腳本式文件與M函數式文件的區別
2.3.3 M函數中的變量類型
2.3.4 M函數的跟蹤調試
2.4 MATLAB的圖形繪制
2.4.1 繪制二維圖形
2.4.2 繪制三維圖形
2.5 MATLAB的圖形用戶界面設計
小結
習題
第3章 Simulink交互式仿真集成環境
3.1 Simulink仿真概述
3.1.1 初識Simulink
3.1.2 在Simulink下工作
3.1.3 Simulink工作原理
3.2 Simulink模塊及處理
3.2.1 Simulink模塊庫
3.2.2 Simulink模塊處理
3.3 Simulink仿真設置
3.3.1 求解器設置面板
3.3.2 數據導入/導出面板
3.3.3 優化面板
3.3.4 診斷面板
3.4 子系統與模塊封裝技術
3.4.1 模型子系統
3.4.2 模塊封裝技術
3.4.3 自定義模型庫
3.5 S-函數設計與應用
3.5.1 用m語言編寫S-函數
3.5.2 用C語言編寫S-函數
小結
習題
第4章 控制系統的數學模型
4.1 幾種常用數學模型
4.1.1 傳遞函數模型
4.1.2 零極點增益模型
4.1.3 部分分式模型
4.1.4 狀態空間模型
4.1.5 MATLAB/Simulink在數學模型建立中的應用
4.2 數學模型的相互轉換
4.2.1 由傳遞函數求狀態空間表達式
4.2.2 由狀態空間表達式求傳遞函數
4.2.3 MATLAB/Simulink在數學模型轉換中的應用
4.3 數學模型的連接
4.3.1 串聯連接
4.3.2 并聯連接
4.3.3 反饋連接
4.3.4 MATLAB/Simulink在數學模型連接中的應用
小結
習題
第5章 控制系統的時域分析
5.1 系統的穩定性分析
5.2 時域響應分析
5.2.1 系統的動態過程與穩態過程
5.2.2 時域內系統的主要性能指標
5.2.3 系統的時域響應分析
5.3 MATLAB/Simulink在時域分析中的應用
5.3.1 MATLAB/Simulink在控制系統建模中的應用
5.3.2 基于MATLAB的穩定性判斷方法
5.3.3 MATLAB/Simulink在系統動態特性分析中的應用
5.3.4 MATLAB/Simulink在求取系統穩態特性中的應用
5.4 LTI Viewer在時域分析中的應用
5.4.1 LTI Viewer命令欄主要命令介紹
5.4.2 LTI Viewer的應用實例
小結
習題
第6章 控制系統的根軌跡分析
6.1 根軌跡法基本概念
6.1.1 根軌跡方程
6.1.2 繪制根軌跡的基本法則
6.2 其他形式的根軌跡
6.2.1 參數根軌跡
6.2.2 零度根軌跡
6.3 MATLAB/Simulink在根軌跡分析中的應用
6.3.1 繪制根軌跡的函數
6.3.2 計算根軌跡增益函數
6.3.3 繪制含阻尼系數和自然頻率柵格線的系統根軌跡
6.4 根軌跡分析與設計工具rltool
6.4.1 rltool根軌跡設計窗口界面簡介
6.4.2 命令菜單簡介
小結
習題
第7章 控制系統的頻域分析與校正
7.1 頻率特性基本概念
7.1.1 系統的表示
7.1.2 頻率特性定義
7.1.3 矢量表示
7.2 頻率特性的表示方法
7.2.1 極坐標頻率特性曲線
7.2.2 對數頻率特性曲線
7.2.3 對數幅相特性曲線
7.3 頻率分析法
7.3.1 開環極點與閉環極點的關系
7.3.2 頻域穩定性判據
7.4 頻率法穩定性分析
7.4.1 最小相位系統
7.4.2 原點處有開環極點的情況
7.4.3 非最小相位系統
7.5 MATLAB/Simulink在頻域分析中的應用
7.5.1 頻域分析的基本原理
7.5.2 MATLAB進行頻域分析的方法
7.5.3 實例分析
7.6 MATLAB/Simulink在頻域校正中的應用
7.6.1 相位超前校正
7.6.2 相位滯后校正
7.6.3 滯后-超前校正
7.6.4 串聯PID校正
小結
習題
第8章 控制系統狀態空間分析與設計
8.1 線性系統狀態空間基礎
8.1.1 狀態空間的基本概念
8.1.2 狀態空間表達式的標準形式
8.1.3 MATLAB/Simulink在狀態空間表達式中的應用
8.2 狀態空間表達式的解
8.2.1 連續系統狀態方程的解
8.2.2 線性定常連續系統狀態空間表達式的離散化
8.2.3 離散系統狀態方程的解
8.2.4 MATLAB/Simulink在狀態空間表達式求解中的應用
8.3 線性系統的狀態能控性與能觀性
8.3.1 線性定常連續系統狀態能控性
8.3.2 線性定常連續系統狀態能觀性
8.3.3 離散系統狀態能控性、能觀性
8.3.4 MATLAB/Simulink在系統能控性、能觀性分析中的應用
8.4 線性系統穩定性分析
8.4.1 概述
8.4.2 Lyapunov穩定性定理
8.4.3 Lyapunov穩定性分析
8.4.4 MATLAB/Simulink在線性系統穩定性分析中的應用
8.5 線性系統狀態空間設計
8.5.1 線性反饋控制系統的基本結構
8.5.2 極點配置
8.5.3 狀態觀測器
8.5.4 MATLAB/Simulink在狀態空間分析和設計中的應用
小結
習題
第9章 控制系統的聯合仿真
9.1 基于S-函數的仿真擴展
9.1.1 硬件在回路的仿真擴展
9.1.2 網絡分布式仿真的擴展
9.2 基于虛擬樣機的聯合仿真
9.2.1 虛擬樣機技術
9.2.2 聯合仿真的步驟
9.2.3 球棒系統的聯合仿真
小結
習題
附錄A
附錄B
參考文獻
前 言
自動控制領域里有大量煩瑣的計算和仿真曲線繪制任務，在計算機高度發展的今天，利用計算機可以完成這一任務，即進行控制系統的仿真試驗和研究，并進一步實現計算機控制。控制系統仿真是近20多年來發展起來的一門新興技術學科，是對控制系統進行分析、設計和綜合研究的一種很有效的手段。
由于MATLAB軟件包含各種功能的工具箱，具有強大的運算功能，特別是MATLAB/ Simulink控制工具箱，內容豐富，門類齊全，覆蓋了控制系統的各個領域，所以在控制系統仿真中得到廣泛應用。
本書以先進計算機仿真軟件MATLAB/Simulink在自動控制中的應用為編寫宗旨，借鑒以往類似圖書的經驗，并結合日常的教學和科研工作進行編寫。內容包括兩大部分：第一部分介紹MATLAB用于控制系統計算及仿真的有關知識；第二部分內容涵蓋經典控制理論和現代控制理論的系統仿真。
每章先對與自動控制有關的基本概念進行簡要介紹，然后介紹MATLAB相關函數，并從實用的角度出發，通過大量典型示例，對MATLAB/Simulink的功能、操作及其在自動控制中的應用進行詳細論述。大部分內容和例子已在本科生有關控制理論與控制工程的教學實踐中做過實驗和驗證。
全書共分9章，包括系統仿真的基本概念、MATLAB/Simulink的基本內容及使用方法、控制系統的數學模型及其轉換、控制系統根軌跡、時域和頻域的分析與校正、控制系統狀態空間的分析與設計和控制系統的聯合仿真。
本書第1章、第8章和附錄A由王敏編寫，第2章、第5章由朱冰編寫，第3章、第9章和附錄B由王立恒編寫，第4章由王敏和張國強編寫，第6章由張國強編寫，第7章由姚峰林編寫，全書由王敏統稿。張科教授在百忙中審閱了全書，提出了許多寶貴的修改意見，李言俊教授對本書進行了推薦，余瑞星教授對本書編寫給予了大力支持和指導，在此表示衷心感謝。
本書可作為高等院校自動化專業和電氣信息類其他各專業學生的教材。本書具有較強的通用性和實用性，也可作為從事自動控制及相關專業的教學、研究、設計人員和工程技術人員的參考用書。
盡管我們為本書付出了心血和努力，但書中仍存在不足與疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正。
編 者
2013年8月
新書資訊